Caba, Stefan
[VerfasserIn]
;
Bergmann, Jean Pierre
[AkademischeR BetreuerIn];
Michel, Peter
[AkademischeR BetreuerIn];
Schiffers, Reinhard
[AkademischeR BetreuerIn]Universitätsverlag Ilmenau,
Technische Universität Ilmenau
Qualitätsorientierte Prozessauslegung im Resin Transfer Molding
Hochschulschrift:
Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2021
Anmerkungen:
Beschreibung:
Resin Transfer Molding (RTM) als Herstellungsverfahren für Faserverbundbauteile bietet die Vorteile kurzer Zykluszeiten und niedriger Fehlstellengehalte in Form von Poren. Die Realisierung dieser beiden Ziele ist jedoch nur möglich, wenn der Einfluss der Prozesskenngrößen auf den Fehlstellengehalt bekannt ist. Hierzu wird in der vorliegenden Arbeit ein Beitrag geleistet. Die Bildung von Poren findet während der Benetzung der Faserbündel an der Fließfront des Harzes statt. Dabei entstehen aufgrund von Permeabilitätsunterschieden sowie der Wirkung des Kapillareffekts Ungleichmäßigkeiten, die zum Einschluss von Luft führen. In bisherigen Untersuchungen wurden zur Abschätzung des Porengehalts stets statische Kenngrößen verwendet und es erfolgte keine ausreichende Berücksichtigung der Bündelgeometrie. Daher können Ergebnisse nicht zur Prozessoptimierung auf konkret vorliegende Fälle übertragen werden. Mit Hilfe hier neu entwickelter Bündeltränkungsmodelle, in denen der dynamische Kontaktwinkel zwischen Harz und Faser erstmals rechnerisch erfasst wird, werden zunächst die Vorgänge an der Fließfront beschrieben. Es wird aufgezeigt, dass der Kapillareffekt bei hohen Tränkungsgeschwindigkeiten nicht mehr vorantreibend, sondern hemmend wirkt. Die Tränkungsmodelle werden in Fehlstellenentstehungsmodelle für sphärische und zylindrische Poren überführt. Ein neuartiges Weibull-Modell liefert dabei die Viskositätsentwicklung des Harzes während der Injektionsphase. Im anschließenden praktischen Teil werden Prozessversuche innerhalb eines Versuchsraums aus unterschiedlichen Preforms durchgeführt, in denen gezielt Poren erzeugt werden. Die vorliegenden Prozesskenngrößen werden in einem Glaswerkzeug in-situ erfasst. Die Gehalte der wesentlichen Fehlstellenarten werden analysiert. Hieraus ergeben sich empirisch ermittelte Anpassungsfaktoren für die Fehlstellenentstehungsmodelle, die von Faserhalbzeug oder Benetzungsrichtung abhängig sind. Die Modelle sind damit auf weitere Halbzeuge übertragbar. Abschließend wird ein Algorithmus zur Bestimmung der Injektionsparameter auf Basis des zu erwartenden Fehlstellengehalts anhand eines Beispielbauteils präsentiert. Dieser gestattet eine Prozessoptimierung, die sowohl eine kurze Zykluszeit als auch einen niedrigen Fehlstellengehalt zum Ziel hat. Somit wird ein kostengünstiger und qualitativ hochwertiger RTM-Prozess ermöglicht.